混凝土知识培训

第1章混凝土概述

王红霞编写，注意保存

1.1、混凝土的定义

人们通常所称的混凝土，系指水泥混凝土。混凝土是一种优质建筑材料，因其质坚、耐久、易成型而被广泛用作建筑材料。广义的混凝土是指由无机胶凝材料或有机胶凝材料、水、骨料和外加剂、掺和料按照一定比例拌和并在一定的条件下凝结硬化而成的复合固体材料。

普通混凝土是指水泥、砂、石和水配制成的混凝土。为了改善混凝土的某些性质，加入适量的外加剂、掺和料配制成具有各种特性的混凝土属于特种混凝土或新型混凝土。

混凝土的组成材料中，所占比例最大的是粗、细骨料，约占混凝土体积的70%左右，是混凝土的主料；其胶结材料是形成整体强度的硬化水泥浆（或称水泥石），它同砂和石子胶结形成岩石状块体，即混凝土，所以，混凝土是用胶凝材料将其骨料胶结成整体的复合固体材料的总称。

1.2、混凝土的发展历史

我国最早的混凝土，目前已发现的是5000年以前新石器时代的白灰夯土地基（甘肃秦安大地湾遗址）。在国外，两千年前的古罗马已用石灰、火山灰作混凝土，建造了跨度为43.43米的著名的万神殿圆屋顶。现代的水泥混凝土，是由英国一位瓦匠约瑟夫·阿斯普丁于1842年发表的《改进人造石块的生产方法》论文，取得了发明水泥专利而开始的。此后，1847年法国人兰波特用钢丝作骨架制成的混凝土小船及花盆，这是最原始的钢筋混凝土。1928年艾布拉姆斯发表了计算混凝土本身强度的水灰比理论。

经过多年的实践，特别近几十年的研究，混凝土在科学技术理论上已成为一个独立的体系，工艺也不断出现许多创新和变革，在土木工程中的地位也越来越重要。其使用范围已从陆上建筑进入到地下建筑，从海港码头扩展到海上飘浮工程，从盛水的槽池发展到各种物体的贮罐，并且成为核电站防辐射的安全罩和各种高耸建筑的主要材料。成为人类创造新时代的一种不可缺少的建筑材料。

1.3、混凝土的发展方向

1.3.1、流态化

从混凝土的工作性来看，100 多年来的历史，经历了：可铸性—塑性—干硬性—流动性。这是由于外加剂的发现和泵送设备的发展而走向流动性的。将来可能走向自密实成型。

1.3.2、高强化

混凝土发展史的一个主要方面是强度的发展。世界各国混凝土的平均强度，按目前的强度等级表示，20世纪30年代约为C10级，50年代为C20级，60年代上升至C30级，70年代至80年代已提高到C40级。目前，国外高层建筑的受压结构已应用C60~C70级。我国汕头海湾大桥的加劲梁已使用C60级。我国用离心法生产的高强预应力管桩也达到C80级。我国土木工程师学会已制订了高强混凝土的设计与施工的指南。混凝土向高强化发展已成为事实。

1.3.3、新技术

材料结构的复合化。如外加剂、掺和料、聚合物、纤维材料在混凝土中的应用，并在我国已得到推广。

传统工艺已逐渐为新工艺所代替。如预拌、泵送混凝土，如真空吸水工艺，如高频振动和离心成型已得到广泛应用，压轧成型、填石压力灌浆成型也将逐步得到推广。

高层建筑外墙饰面已兴起了清水混凝土、彩色混凝土或模型组合图案饰面等新工艺。给混凝土浇筑工艺提出更严格的要求。

1.3.4、高性能和减少污染

高性能混凝土是近年提出的新技术。是采用高效外加剂和掺用活性掺和料，使新拌混凝土易于泵送

和易于成型；凝结过程能保持体积的稳定性，不出现干缩微裂缝，硬化后达到设计要求的力学性能和各种耐久性指标。同时，掺和料在一定条件下可替代水泥，从而减少水泥生产的污染和提高工业废料的利用，向绿色混凝土（少污染混凝土）发展。

1.4、混凝土的分类

1.4.1、按性能和用途分为水工混凝土、海工混凝土、防水混凝土、道路混凝土、耐热混凝土、防辐射混凝土等；

1.4.2、按施工工艺分为普通现浇混凝土、喷射混凝土、泵送混凝土、水下混凝土、真空吸水混凝土、碾压混凝土、旋喷混凝土等；

1.4.3、按胶凝材料种类分为水泥混凝土、石灰混凝土、沥青混凝土等；

1.4.4、按骨料种类分为重混凝土、轻骨料混凝土、大孔混凝土、细颗粒混凝土等；

1.4.5、按配筋方式分为素混凝土、钢筋混凝土、纤维混凝土及预应力混凝土等；

1.4.6、按流动性（稠度）分为干硬性混凝土、低塑性混凝土、塑性混凝土、流动性混凝土及流态混凝土等。

1.5、混凝土的主要性能

混凝土的主要性能一般包括新拌混凝土性能以及硬化混凝土性能。

新拌混凝土的性能包括密度、和易性（流动性、黏聚性、棍度、扩散度、维勃稠度等）、均匀性、含气量、凝结时间、泌水及压力泌水、拌和物密度等

硬化混凝土性能包括热学性能（比热、导热系数、导温系数等）、力学性能（抗压强度、抗拉强度、抗折强度、抗剪强度、抗弯强度、疲劳强度等）、耐久性能（抗渗、抗冻、碳化、碱骨料反应等）、变形性能（弹性模量、干缩、徐变、极限拉伸、自身体积变形等）。

1.6、水工混凝土

水工混凝土有其自身的特点，在许多方面不同于普通混凝土。人们对于水工混凝土的认识，始于20世纪初，随着越来越多的混凝土大坝的施工兴建，对水工混凝土的了解越来越深刻。水工混凝土具有以下特点：

1.6.1、骨料粒径较大。水工混凝土最大骨料粒径达到150mm，而且骨料所占的比例较高。而普通混凝土最大骨料粒径一般不超过40mm，一些水泥制品的骨料粒径甚至不超过20mm。

1.6.2、混凝土强度等级较低。除了一些特殊部位外，水工混凝土的强度等级一般较低。特别是重力坝，混凝土强度等级更低。以三峡主体工程为例，大坝内部混凝土90d龄期的设计强度仅为15MPa，大坝外部混凝土90d龄期的设计强度仅为20MPa，水位变化区外部混凝土90d龄期的设计强度仅为25MPa。而普通混凝土28d龄期的设计强度一般为30～40MPa。60MPa以上的高强混凝土也已经较普遍地被采用。道路混凝土28d龄期的设计强度一般也在30MPa以上。

1.6.3、胶凝材料用量较少。由于考虑到水化热，除了特殊部位外，水工混凝土的胶凝材料用量通常较低。为调节和降低混凝土绝热温升，推行利用中、低热品种水泥，掺加掺和料和外加剂等。

1.6.4、长期处于潮湿环境中。由于水工建筑物的特殊性，水工混凝土一般长期处于饱水状态。即便是在水上部份，由于水工建筑物体积特别大，内部的水份难以扩散蒸发，仅仅由于胶凝材料的水化而消耗掉一部分拌合水，这是非常有限的。而且由于毛细管作用，下部的水也会扩散上来。而对于普通混凝土，由于大部分建筑物都处于地面以上，它们的干湿状态受环境控制。在一些干燥地区，混凝土可能较长时间地处于干燥状态。即便在一些多雨潮湿地区，混凝土也很难保持在饱水状态下。

1.6.5、寿命要求较长。水工建筑物一般投资较大，建设期较长，因此，一般要求有较长的使用寿命。

1.6.6、对耐久性和安全性要求高。水利水电工程是我国国民经济建设中最重要的基础产业之一，从上个世纪50 年代开始，我国水利水电工程的发展相当迅猛，从102m 的浙江新安江水电站，240m高的二滩水电站双曲拱坝，185m 高的三峡大坝，以及正在建设中的298m 高小湾水电站大坝、283m 高